一种基于以太网的相机控制和高速数据传输方法技术

一种基于以太网的高速图像传输及相机控制方法，用于相机的远程控制和数据传输，负责实施控制的程序端称为Ｍａｓｔｅｒ端，被控制的相机称为Ｓｌａｖｅｒ端，其特征在于：该方法包括五种不同的操作过程，分别是相机发现操作、相机连接／断开操作、相机参数设置／查询操作、连接保活操作、以及拍照和图像数据传输操作，并针对这些操作过程定义控制命令帧格式和图像数据帧格式，所有帧格式中，首部１８字节具有统一的格式，其中包括’帧类型字段’、’请求／应答字段’、’Ｍａｓｔｅｒ端物理地址’、’Ｓｌａｖｅｒ端物理地址’和’时间戳’这５个域，之后的数据格式将根据帧类型字段值的不同而不同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于以太网传输的成像系统，尤其涉及基于以太网的相机控制和高速 数据传输方法，该方法将以太网作为数据传输的媒介，用以太网帧作为传输载体，从而实现 相机的控制和所获取图像数据的高速传输。
技术介绍
传统的基于以太网的成像系统通常基于TCP/IP协议栈，而协议栈本身需要消耗 较多的CPU和存储器资源，当硬件系统资源有限时，由于TCP/IP协议栈本身的开销，通常会 导致数据传输速率较慢。同时大多数的成像系统中采集端和控制端通常处于同一局域网 内，即协议栈中链路层以上的协议层如网际层所提供的数据路由功能就显得多余。针对传统方法的不足本文提出一种新的方法来实现数据传输，即将以太网帧作为 数据传输媒介，而舍弃了基于传输层的通信方案，由于省去了协议栈的开销故对于硬件资 源有限的嵌入式系统而言，使用本文描述的方法可大幅提高传输速度；同时本文还提出一 套基于以太网帧的相机控制方法，该套方法囊括了相机连接、控制、数据传输等方面的操作 流程，从而保证了数据传输的可靠性。
技术实现思路
设计一种新的基于以太网帧的相机控制方法，该方法将解决成像系统基于TCP/IP 协议栈控制和传输而导致的数据传输速率较慢的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案一种基于以太网的相机控制方法，用于相机的远程控制和数据传输，负责控制的 一端称为Master端，被控制的相机称为Slaver端，其特征在于该方法包括五种不同的操 作过程，分别是相机发现操作、相机连接/断开操作、相机参数设置/查询操作、连接保活 操作、以及拍照和图像数据传输操作，并针对这些操作过程定义控制命令帧格式和图像数 据帧格式，所有帧格式中首部18字节具有统一的格式，包括帧类型字段、请求/应答字段、 Master端物理地址、Slaver端物理地址、和时间戳，后面部分的数据格式将根据帧类型字 段值的不同而不同。进一步地，所述相机发现操作通过广播“设备发现帧”的方式来发现网络中正在工 作的Slaver设备，从而定位该slaver设备，用户能够根据该Slaver设备的信息启动连接 过程来与该Slaver设备建立通信关系。进一步地，所述图像数据传输操作将图像数据分帧进行传输，同时将控制信息附 加在图像数据帧中，Master端能够通过该控制信息判断图像帧的合法性并定位每帧图像来 重组图像数据。优选地，所述图像数据传输操作还具有保证图像数据质量的能力，其通过重传机 制实现，以保证在传输图像数据的过程中发生丢帧或错帧时能够重传这些帧。进一步地，所述方法规定Master端定期启动连接保活操作来检测链路的通断，每次启动连接保活操作后Master端均需要等待Slaver端回应的连接保活应答帧来确保 Slaver端依然处于工作状态，同时Slaver端也需要定期检测是否收到了 Master端发来的 连接保活请求帧来确保Master端依然处于工作状态，任何一端在确认对方不再工作时就 断开连接将自己置于空闲状态。进一步地，所述方法是基于请求/应答模式来工作的，所有的操作均由Master端 发出相应的请求帧作为开始，Slaver端在收到Master端发来的请求帧后均需要回应一个 应答帧，以给Master端反馈本次操作的结果。优选地，数据的载体是自定义以太网帧，数据传输的层面仅到数据链路层，所述数 据被封装在以太网帧的数据字段中，而以太网帧类型字段填充的是一个特殊值，依此字段 来与其他基于链路层的协议帧进行区分，从而保证基于这种控制方法的设备都只处理类型 字段为该特殊值的以太网帧。优选地，所有的控制命令在执行期间均有超时机制保证，当链路中断时，Master端 能够在一定时间内作出响应并通知用户，而不至陷入无限等待状态而出现死机现象。本专利技术的基于以太网的相机控制方法，由于将数据封装在以太网帧中进行传输， 就网络分层而言该数据实际工作在数据链路层，因此这种设计摈弃了高层协议所带来的开 销，从而省去了大量的CPU和存储器开销，在资源有限的嵌入式系统中将大幅提高传输速 率。同时该方法还设计了一定的机制来保障通信质量，从而弥补了缺少传输控制协议所带 来的数据传输质量下降问题。附图说明图1是根据本专利技术的基于以太网的相机控制方法的相机控制方法帧格式图。图2是根据本专利技术的基于以太网的相机控制方法的Slaver端程序设计框图。图3是根据本专利技术的基于以太网的相机控制方法的Master端请求队列设计图。图4是根据本专利技术的基于以太网的相机控制方法的Master端状态转移图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术的基于以太网的相机控制方法进行详细说明。本专利技术的基于以太网的相机控制方法用于控制工作在以太网上的嵌入式图像采 集设备，该方法的数据载体是以太网帧，即数据工作在数据链路层上。方法中需要一个运行 控制程序的PC端，由于它处于支配地位故我们称它为Master ；而图像的采集(即相机)由 一个CMOS传感器组成的嵌入式设备完成，我们称它为Slaver。高速以太网相机控制方法涉 及如下功能或过程1)相机发现过程，即在局域网内查询工作的相机2)相机连接/断开3)相机参数设置/查询4)相机连接保活，即在与相机建立连接后检测链路的通断5)拍照及传输过程由于该方法的数据载体是以太网帧，而以太网协议是不保证通信质量的，所以 本相机控制方法中所有控制命令的传输都要求Slaver给予回应，如果超时则根据方法Master需要重发控制命令，同时对于图像数据的传输设计重传机制来保障图像数据的正 确性和完整性。该方法中描述的通信机制被设计成一种点对点的通信模式，通信中所涉及 的帧格式如图1所示，除去相机发现过程中需要用到广播帧以外，其他的通信均只是存在 于Master与Slaver之间。所有的控制数据都被封装在以太网帧格式101中进行传输，它 被填充在以太网帧的负载域即Data字段中，为了与现有基于以太网帧的协议进行区分，故 将以太网帧格式中的‘Type’字段设置为OxOAOA。控制方法中共定义了 9种不同的帧类 型，其中8种为控制命令帧，规定所有的控制命令需要被应答，即Master发出控制命令请 求帧，由Slaver接收并处理后需要返回携带操作结果的应答帧；剩下的1种为图像数据 帧，该类帧负责传递图像数据。控制帧的格式102中前18个字节被定义成特定的含义，其 中’FrmType ‘字段代表帧类型，其中填充代表9种不同帧的类型码；’Ack/Req’字段指示该 帧是请求帧还是应答帧，凡是Master发往Slaver的帧该字段均填充’请求’，反之填充’应 答，；，Master Mac Address，和，Slaver Mac Address，字段分别填充了 Master 端和 Slaver 端的Mac地址；，Time Stamp'字段用于填充一个时间戳，在Master发出请求帧时需要用 当前系统时间值填充这个字段，在Slaver接收到请求帧并做响应处理后回复应答帧时，用 请求帧中该字段的值填充应答帧，使得Master在收到Slaver的应答帧时能依据该字段查 询出其对应的请求帧。针对不用控制帧类型(即’ FrmType'字段值的不同)，，Data'字段 会有不同的格式(103 110)，下面按照控制功能的不同逐个介绍这9种不同帧类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于以太网的相机控制方法，用于相机的远程控制和数据传输，负责控制的一端称为Ｍａｓｔｅｒ端，被控制的相机称为Ｓｌａｖｅｒ端，其特征在于：该方法包括五种不同的操作过程，分别是相机发现操作、相机连接／断开操作、相机参数设置／查询操作、连接保活操作、以及拍照和图像数据传输操作，并针对这些操作过程定义控制命令帧格式和图像数据帧格式，所有帧格式中，首部１８字节具有统一的格式，其中包括’帧类型字段’、’请求／应答字段’、’Ｍａｓｔｅｒ端物理地址’、’Ｓｌａｖｅｒ端物理地址’和’时间戳’这５个域，之后的数据格式将根据帧类型字段值的不同而不同。

【技术特征摘要】
一种基于以太网的相机控制方法，用于相机的远程控制和数据传输，负责控制的一端称为Master端，被控制的相机称为Slaver端，其特征在于该方法包括五种不同的操作过程，分别是相机发现操作、相机连接/断开操作、相机参数设置/查询操作、连接保活操作、以及拍照和图像数据传输操作，并针对这些操作过程定义控制命令帧格式和图像数据帧格式，所有帧格式中，首部18字节具有统一的格式，其中包括’帧类型字段’、’请求/应答字段’、’Master端物理地址’、’Slaver端物理地址’和’时间戳’这5个域，之后的数据格式将根据帧类型字段值的不同而不同。2.根据权利要求1所述的相机控制方法，其特征在于所述相机发现操作通过广播“设 备发现帧”的方式来发现网络中正在工作的Slaver设备，从而定位该slaver设备，用户能 够根据该Slaver设备的信息启动连接过程来与该Slaver设备建立通信。3.根据权利要求1所述的相机控制方法，其特征在于所述图像数据传输操作将图像 数据分帧进行传输，同时将控制信息附加在图像数据帧中，Master端能够通过该控制信息 判断图像帧的合法性并定位每帧图像来重组图像数据。4.根据权利要求3所述的相机控制方法，所述图像数据传输操作还具有保证图像数据 质量的能力，即每次图像数据传输之后Master端都需要对接收到的图像数据进行完整性 检查从而决定是否启动重传操作，其通过这种机制来保证在传输图像数据的过程中发生丢 帧或错帧时能够重传这些帧。5.根据权利要求1所述的相机控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚媛园，关永，张伟功，徐达维，杨新华，刘卉，赵晓旭，牛慧卓，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]